高频电子线路最新版精品课件第7章第1节

FM波的瞬时相位为：
t
t
(t) 0 (t)dt ct k f 0 (t)dt 0 ct 0 (t)
调频波的一般表达式：
t
FM Vcm cos(t) Vcm cos[ct 0 0 k f (t)dt]
由上分析知：
调频波的瞬时角频偏 (t) k f (t) (t)
t
瞬时相位偏移 (t) k f 0 (t)dt (t) 的积分
7.1 角度调制信号的基本特性
7.1.1 角度调制信号的数学表达式
1．调频、调相——统称调角 调频（FM）：用调制信号去控制高频振荡频 率，使高频振荡的瞬时频率随调制信号规律作线 性变化的过程。 调相（PM）：用调制信号去控制高频振荡相 位，使高频振荡的瞬时相位随调制信号规律作线 性变化的过程。
设：调制信号为 (t) 载波信号为 c Vcm cos(ct 0 )
(t) Vcm cos(ct M sin t) Vcm Re[e j(ctM ] sint) Vcm Re[e jct .e jM sin t ]
式中 e jM sint 是 的周期性函数，其傅立叶级数展开式为：
e jM sin t
J n (M )e jnt
n
式中
Jn
(M
)
1
2
图7.1.6 中画出了当 Vm一定（ fm k fVm / 2 一定）， 调制信号频率变化时调频波、调相波的频谱图。
图7.1. 6 Vm 一定，调制信号频率F变化时调频波、调相波的频谱图。
（a）调频波频谱 （b）调相波频谱
（4）调角信号的平均功率（在单位负载上）
Pav
J
2 0
(M
)
Vc2m 2
J
2 1
(M
)
Vc2m 2
J
2 1
(M
)
Vc2m 2
1 2
Vc2m
[
J
2 0
(M
)
J
2 1
(M
)
J
2 1 (M
)
J
2 2
(M
)
J
2 2
(M
)
]
1 2
Vc2m
n
J
2 n
(
M)Biblioteka 1 2Vc2mPc
载波功率
所以，调制前后功率不变，只是功率的重新分配。
∴保留下来的边频分量确定了带宽。 理论上，调角信号的带宽为无限宽，但通常规定
四、小结 1、单音调制的调频波和调相波的表达式均可用M f
（或 M p ）以及定义截然不同的三个角频率参数、 c 、
和 m 来描述。
其中c为载波角频率，即瞬时角频率变化的平均值；
为调制信号的角频率，表示瞬时频率变化快慢 的的程度。
m 为最大角频偏，表示瞬时角频率偏离中心频率 c
的最大值。
2、单音调制时两种调制波的 (t) 和(t)均为简谐波，
若为振幅调制（AM），则
V (t) Vcm ka (t) Vcm V (t) 调幅波的数学表达式
AM V (t) cos(ct 0 ) [Vcm V (t)]cos(ct 0 )
c ,0不变。其中 ka ，为由调制电路决定的比例常
数，表示单位调制信号电压引起的载波振幅的变化量。
FM：(t) c (t) c k f (t)
一、调频波、调相波的一般表达式 （一）、调频信号 调频（Frequency Modulation 简称FM）：
设高频载波 c Vcm cos(ct 0 )
调制信号为 (t)
根据定义，FM波的瞬时角频率为：(t) c k f (t)
式中 k f 为由调制电路确定的比例系数，单位是：rad/s.v 表示单位电压引起的角频率的变化量。 c 为中心角频率。
Jn(M ) M
n
0
0．5
1
2
3
0
1
0．939 0．765 0．224 -0.261
1
0.242 0.440 0.577 0.339
2
0.03 0.115 0.353 0.486
3
0.020 0.129 0.309
4
0.003 0.034 0.132
5
0.007 0.043
6
0.011
7
0.003
8
(t) k p (t) k pVm cos t M p cos t
其中 M p m k pVm 为最大相位偏移，称为调
相波的“调相指数”。
(t)
kp
d (t)
dt
kpVm sin
t
m
sin
t
其中 m k pVm
(t) c (t) c m sin t (t) ct (t) ct M p cos t
Jn (M )Vcm Vcm 的 1%（或10%）可忽略。
7.1.3 调角信号的频谱宽度
例如：若忽略 Jn (M )Vcm 1% 0.01 的分量 Vcm
表7.1.1中列出了忽略 Jn(M )Vcm 1% 0.01的分量时，
Vcm
宗数为M的n阶第一类贝塞尔函数表 。
表7.1.1 宗数为M的n阶第一类贝塞尔函数表
4
-0.397 -0.066 0.364 0.430 0.281 0.132 0.049 0.015 0.004
5
-0.178 -0.328 0.047 0.365 0.391 0.261 0.131 0.053 0.018
6
0.151 -0.277 -0.243 0.115 0.358 0.362 0.246 0.130 0.057
e jM sin te jnt dt
Jn (M ) 是以M为参数的n阶第一类贝塞尔函数，随 的变化曲线M如图7.1.4所示。
图7.1.4 贝塞尔函数曲线
Jn (M )具有下列性质
（1）Jn (M ) 随着 M的增加近似周期性地变化，且其
峰值下降；
（2）
Jn(M )
Jn (M ) Jn (M )
瞬时角频率
(t)
d(t)
dt
c
kp
d (t)
dt
c
(t)
式中 k p为由调制电路确定的比例系数，单位是rad/v，
表示单位电压引起的相位变化量。
调相波的一般表达式：
PM Vcm cos (t) Vcm cos[ct 0 k p (t)]
由上分析知：
调相信号的瞬时相位偏移：(t) kp (t)
于是得到调相波的数学表达式
PM (t) Vcm cos(ct M p cos t)
结论：（1） m M p k pVm
（2） m k pVm M p
三、调频波、调相波的时域波形
设 (t) Vm cos t，对 c (t) Vcm cosct 进行调频
和调相，所得到的(t) 、(t) 及FM 、PM 波形如图
（2）各边频分量振幅为Vm Jn (M f )Vcm ，由对应的 贝塞尔函数确定。奇数次分量上下边频振幅相等，相 位相反；偶数次分量上下边频振幅相等，相位相同。
M 1
（ 3）由贝塞尔函数特性知：对应于某些M值，载频和 某些边频分量为零，利用这一点，可以将载频功率转 移到边频分量上去，使传输效率增加。
解：在调频时，因为 m k f Vm 与无关，当F（）
变化时，m 不变；
而
Mf
m
fm F
所以
M f max
fm Fmin
75 0.3
250(rad)
M f max
fm Fmax
75 3.4
22(rad)
显然，M f
1 F
且大于1。
调相时，因为 M P k pVm 与 无关，当F（） 变化时，M P 不变；
调角波的频谱结构与调制指数M密切相关。 图7.1.5 M 1 和 M 2 时调角波的频谱图
调幅波在调制信号为单音频余弦波时，仅有两个边频 分量，边频分量的数目不会因调幅指数Ma的改变而变 化。调角波则不同，它的频谱结构与调制指数M有密切 关系，M越大，具有较大振幅的边频分量数越多，如图 7.1.5所示，这是调角波频谱的主要特点。
而 m M p M p 2 F
所以 fmmin M p Fmin 1.5 300 450(Hz)
fmmax M F p max 1.5 3400 5100(Hz)
显然调相时，随着F（）的变化，fm 会产生很大的变化。
7.1.2调角信号的频谱
由于在 (t)为单频率信号时
FM Vcm cos(ct M f sin t) 和 PM Vcm cos(ct M p cos t) 相似；
+… …
由上式得到 (t) 中包含的成分：
载频：c 第一对边频：c
振幅：Vcm J0 (M ) 振幅：J1(M )Vcm
第二对边频：c 2
振幅：J2 (M )Vcm
第n对边频：c n
振幅：Vcm Jn (M )
结论：调角波的特点 （1）单频率调制的调角波，有无穷多对边频分量， 对称的分布在载频两边，各频率分量的间隔为F。所以 FM，PM实现的是调制信号频谱的非线性搬移。
可分别写出调频波和调相波的数学表达式。
1. 调频（FM）时
(t) k f (t) k f Vm cos t m cos t
其中 m k f Vm 为最大角频偏
(t) k f
t
0 (t)dt
k f Vm
sin
t
M
f
sin t
其中 M f
m
k f Vm
为最大相位偏移，称为调频波的
“调频指数”。
最大角频偏 最大相偏
m k f (t) max
t
m k f 0 (t)dt max